KR100462319B1 - 카르복시메틸셀룰로오스의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카르복시메틸셀룰로오스의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 깨끗이 세정된 폐기 우유팩을 펄퍼기에 넣고 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 알칼리셀룰로오스를 제조한 후, 클로로아세트산 나트륨염과 반응시켜 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하고 정제하는 단계를 포함하는 카르복시메틸셀룰로오스의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 음용 후 폐기되는 우유팩으로부터 알카리셀룰로오스를 제조한 후 이를 이용하여 환경친화적인 방법으로 카르복시메틸셀룰로오스를 제조할 수 있다. 또한 본 발명은 종래와 같이 알카리셀룰로오스의 제조에 필요한 시판의 펄프를 사용하지 않아도 되므로 원료펄프의 생산공정에서 정선공정, 초지공정, 건조공정이 필요하지 않아 공정상의 비용절감 및 공정단축으로 경제적이고 용이한 방법으로 카르복시메틸셀룰로오스를 생산할 수 있다.

Description

카르복시메틸셀룰로오스의 제조방법{METHOD FOR PREPARING CARBOXYMETHYL CELLULOSE}

본 발명은 카르복시메틸셀룰로오스의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐기되는 우유팩으로부터 얻어지는 펄프를 원료로 하는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)의 제조방법에 관한 것이다.

카르복시메틸셀룰로오스는 통상 나트륨염으로 사용되며, 이것을 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)라고 약칭한다. 상기 나트륨염은 가수분해하면 순수한 카르복시메틸셀룰로오스산을 얻을 수 있다. 상기 카르복시메틸셀룰로오스는 고흡수성 수지, 세탁용풀, 아이스크림이나 세제의 첨가제 등 광범위한 용도에서 사용되고 있다.

지금까지의 폐기된 우유팩으로부터 펄프를 얻는 방법은 펄퍼, 탈묵 및 표백공정, 정선공정, 초지공정, 건조공정에 의하여 재생펄프를 생산하고 있다. 폐기의 우유팩으로부터 얻어지는 재생펄프는 제지산업에서 원료펄프에 재생펄프의 첨가비에 의한 배합조성을 달리하여 첨가함으로써 화장지, 신문용지, 백상지, 크라프트지 및 라이너지 등을 생산하는데 사용되고 있다.

일반적으로 상기 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하기 위해서는, 전합성단계에서 최종 생산품인 시판의 건조펄프를 사용하여 알카리셀룰로오스로의 전환이 필요하다. 이러한 방법을 사용하면 재생펄프를 얻기 위한 상기 펄퍼공정, 정선공정, 초지공정과 건조공정에서 정선, 초지, 건조공정의 세 가지 공정 단계가 반드시 필요하다.

현재, 상기 카르복시메틸셀룰로오스의 제조방법은 셀룰로오스 구조단위를 가지는 전분, 펄프의 완전가공물인 시판의 원료를 각종의 용매나 NaOCl, 벤젠, 아세톤, 에테르, 알칼리 등과 같은 화학약품의 화학적 처리 혹은 물리적방법에 의하여 화학적 반응의 용이성를 부여하여 생성물의 순도를 높이기 위한 전처리공정을 수행한다. 상기 전처리 공정 이후에는, 여러 농도의 수산화나트륨 수용액과 화학반응을 일으켜 알카리셀룰로오스로 변화시킨 다음, 수매법, 직접법(모노크로법), 용매법(6배법, 30배법)의 세 가지 합성방법을 이용하여 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하고 정제, 건조, 분쇄 및 포장공정을 거쳐 판매되고 있다.

한편, 종래 폐기의 우유팩으로부터 재생펄프를 생산하는 공정을 간략화 하면 다음과 같다.

상기 폐기의 우유팩 재료는 내면, 외면, 및 지류층의 세 개의 층으로 구성되어 있다. 상기 내면과 외면은 폴리에틸렌(PE)층이고, 가운데의 지류층은 펄프를 원료로 하며, 상기 폴리에틸렌층과 지류층은 약 20: 80의 중량비로 구성되어 있다. 상기 외면의 폴리에틸렌은 인쇄가 되어 있으며, 음용 후에는 각종의 오염물이 부착되어 있다. 따라서, 첫 번째 공정은 지층의 펄프를 얻기 위하여 폴리에틸렌과 지류층의 분리, 인쇄물의 표백과 오염물을 제거할 수 있는 펄퍼, 표백 및 탈묵 공정을 실시한다.

상기 공정에 사용되는 화학약품은 일반적으로 알카리성 약품과 차아염소산소다 및 과산화수소 등과 같은 표백제 및 계면활성제를 사용하며, 이들에 의하여 펄프와 폴리에틸렌 층과의 분리, 표백과 세척 등의 공정이 행하여지고 있고 사용약품과 공정은 생산업체에 따라서 다소간의 차이가 있다.

두 번째는 정선공정을 실시하며, 이 공정에서는 상기 공정에서 얻어진 펄프와 폴리에틸렌조각을 다시 서로 분리하고, 해리 및 펄프에 오염된 물질을 제거한 후 탈수를 위하여 디스크 리화이너, 쎈트리 크리너, 라모트 스크린 혹은 경사 스크린 등이 연결된 공정을 실시한다.

이후, 통상의 성형공정이나 초지공정, 및 건조공정을 실시하여 재생펄프를 제조한다.

그러나, 상기 카르복시메틸셀룰로오스 제조를 위한 알칼리셀룰로오스의 생산에 사용되는 원료는 면, 목제에서 얻어지는 정제 펄프이며, 시판의 최종생산품까지는 여러 단계의 공정이 필요하여 공정상의 제조, 가공 및 물류비용이 포함되므로 생산가가 높아지는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 음용 후 버려지는 폐기의 우유팩으로부터 회수되는 양질의 펄프를 이용하여 환경오염 문제를 해결할 수 있고 공정을 단축하여 경제적인 카르복시메틸셀룰로오스의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

깨끗이 세정된 폐기 우유팩을 펄퍼기에 넣고 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 알칼리셀룰로오스를 제조한 후, 클로로아세트산 나트륨염과 반응시켜 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하고 정제하는 단계를 포함하는 카르복시메틸셀룰로오스의 제조방법을 제공한다.

이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 음용 후 버려지는 폐기의 우유팩으로부터 생산되는 펄프를 이용하여 알카리셀룰로오스를 제조하고, 이를 경유하여 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하는 특징이 있다. 상기 카르복시메틸셀룰로오스는 정확히 말하면 나트륨카르복시메틸셀롤로오스(SCMC)로서 이를 가수분해하면 용이한 방법으로 순수한 카르복시메틸셀룰로오스산을 제조할 수 있다.

본 발명의 카르복시메틸셀룰로오스의 제조방법에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하기 위해, 폐기된 우유팩을 수거한 다음 깨끗이 세정하고 펄퍼기에 투입한다. 상기 폐기 우유팩을 처리할 경우 반응성을 높이기 위하여 미리 펄퍼기를 사용하기보다는 먼저 폐우유팩을 잘 세정한 다음 분쇄, 쇄절, 미세한 세공작업을 부여하는 것이 바람직하다.

이후, 상기 폐 우유팩이 들어 있는 펄퍼기에 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 직접 알칼리셀룰로오스를 제조하는 과정을 실시한다.

본 발명에서 알칼리셀룰로오스를 제조하기 위해 사용되는 화학약품인 수산화나트륨은 알카리셀룰로오스로의 전환과 우유팩의 양면에 부착되어진 폴리에틸렌의 분리를 목적으로 사용한다. 상기 수산화나트륨 수용액의 농도는 10 내지 30%인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 20% 전후의 수산화나트륨 수용액에 침적하는 것이 에테르화에 유효하다. 이때, 알칼리셀룰로오스를 제조하는 방법은 나트륨카르복시셀룰로오스의 제조형태에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 수매법을 이용하여 나트륨카르복시메틸셀룰로오스를 제조하는 경우에는 18.5%의 수산화나트륨 수용액에 침적하고 압착하여 펄프중량에 대하여 2.5 ∼ 3.0 배의 알칼리셀룰로오스를 제조할 수 있다.

상기 방법으로 얻어진 알카리셀룰로오스는 나트륨카르복시메틸셀룰로오스를 제조할 수 있는 반응물로서 일반적인 나트륨카르복시메틸셀룰로오스를 제조할 수 있는 농도의 범위에는 모두 적용이 가능하도록 조정할 수 있다. 이때, 상기 알카리셀룰로오스에는 미분리된 폴리에틸렌 조각이 함유되어 있지만, 이는 하기의 정제공정에서 완전 분리할 수 있다.

그 다음으로, 상기에서 얻은 알칼리셀룰로오스와 클로로아세트산 나트륨염(Sodium salt-chloroacetic acid)을 반응시켜 카르복시메틸셀룰로오스(나트륨카르복시메틸셀룰로오스)를 제조하는 과정을 실시한다.

상기 나트륨카르복시메틸셀룰로오스는 수매법, 직접법(모노크로법), 또는 용매법(6배법, 30배법) 등을 이용하여 제조할 수 있다.

상기 알칼리셀룰로오스와 클로로아세트산 나트륨염은 통상적인 함량으로 사용할 수 있지만, 바람직하게 수매법으로 제조할 경우는 클로로아세트산나트륨을 알칼리셀룰로오스에 대하여 1.0 ∼ 2.0 몰(mol) 사용한다.

또한 용매법 중의 6배법을 이용하는 경우는 상기에서 얻어진 알카리셀룰로오스를 압착하여 에탄올과 벤젠 용매를 70-60:30-40 비로 조정한 용매에 첨가하고, 클로로아세트산나트륨을 첨가하여 에테르화를 실시한다. 또한, 용매법 중의 30배법을 사용하는 경우에는 펄프기준으로 2-프로판올 수용액을 30배의 용량이 되도록 첨가하고 2-프로판올과 물의 비는 압착된 알카리셀룰로오스내의 물의 양을 계산하여 순수한 2-프로판올의 농도가 88% 정도가 되도록 하는 것이 바람직하다.

그 다음으로, 상기에서 얻은 나트륨카르복시메틸셀룰로오스를 정제하여 미분리된 폴리에틸렌을 제거함으로써 양질의 우수한 카르복시메틸셀룰로오스를 제조한다.

이때, 상기 알카리셀룰로오스와 클로로아세트산나트륨염의 반응으로 생성된 나트륨카르복시메틸셀룰로오스의 정제과정은 필수적이다. 따라서, 일반적인 정제과정을 이용하거나 미세한 망크기를 갖는 체를 이용하여 정제하는 것이 바람직하다. 상기 일반적인 정제과정은 수매법이나 용매법에서 제조된 카르복시메틸셀룰로오스를 황산정제법이나 메탄올정제법이 이용될 수 있으나, 바람직하게는 상기의 방법들로부터 얻어진 나트륨카르복시메틸셀룰로오스에 미분리된 미세한 폴리에틸렌조각이 함유되어 있으므로 반응이 종결된 생성물을 물에 용해하여 매우 높은 점조성을 가지는 나트륨카르복시메틸셀룰로오스 수용액으로 제조하고 이를 미세한 망으로여과하여 미세한 폴리에틸렌을 제거한 후 황산 혹은 메탄올 정제법에 의하여 침전시키는 정제 방법이 좋다. 상기 황산을 이용하는 경우 나트륨카르복시메틸셀룰로오스를 10 ∼ 20%의 황산 수용액에 침전시키고 원심분리하여 카르복시메틸셀룰로오스산(CMC)을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 수용액의 상태에 탄산나트륨의 분말 또는 NaOH 수용액을 가하여 얻은 나트륨카르복시메틸셀룰로오스 수용액을 엷은 판상으로 만들어 건조 및 분쇄하여 분말상태의 CMC를 제조할 수도 있다.

이와 같은 방법으로 얻은 나트륨카르복시메틸셀룰로오스를 가수분해하면 순수한 카르복시메틸셀룰로오스산을 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 일반적으로 폐기되었던 우유팩을 이용하기 때문에 환경오염문제를 해결할 수 있는 환경친화적인 방법이다. 또한, 본 발명은 폐 우유팩으로부터 알칼리셀룰로오스를 제조하기 때문에 종래 재생펄프의 공정 중 정선, 초지, 건조공정을 거치지 않아 전체적인 공정을 단축할 수 있는 이점이 있다. 즉, 상기한 바와 같이 종래에는 재생펄프로부터 알칼리셀룰로오스를 얻기 위해 정선, 초지, 건조공정을 반드시 거쳐야 하나, 본 발명은 알카리셀룰로오스의 제조에 필요한 시판의 펄프를 사용하지 않기 때문에 원료펄프의 생산공정에서의 정선공정, 초지공정, 건조공정이 전혀 필요하지 않아 공정상의 비용절감으로 경제적인 방법으로 카르복시메틸셀롤로오스를 제조할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1]

수매법의 이용

수거된 폐기 우유팩 20 g을 깨끗이 세정하고 세절하여 반응기에 투입하였다. 이후, 반응기에 18.5% 농도의 수산화나트륨 수용액 300 ml를 첨가하여 3시간 동안 반응시켜 지류층과 폴리에틸렌층을 체분리나 부유법으로 부분적으로 분리하였다. 알카리셀룰로오스화된 지류층(미세한 폴리에틸렌층이 포함)만을 저온(10 ℃)으로 유지하면서 분쇄기 또는 디스크리화이너에서 분쇄한 것을 압착기로 옮겨 50-60 g까지 압착, 숙성하여 알카리셀룰로오스를 제조하였다. 33 g의 클로로아세트산나트륨을 가하고 5시간 동안 혼화기에서 반응을 실시하였다.

상기 반응생성물인 나트륨카르복시메틸셀룰로오스를 물에 녹여 매우 점조성이 높은 액상으로 만들고 최대 250 메쉬의 체에서 여과하여 미분리된 폴리에틸렌 조각을 제거하였다. 얻어진 점조성의 나트륨카르복시메틸셀룰로오스 수용액을 메틸알콜에 의하여 침천시켜 정제된 침전물을 얻었다.

[실시예 2]

6배법의 이용

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 알칼리셀룰로오스 50 g을 분쇄한 후 혼화작용이 있는 냉각장치가 부착된 반응기에 넣고, 에탄올과 벤젠을 70:30의 비로 혼합하여 저온에서 분쇄 혼화하면서 33 g의 클로로아세트산나트륨을 가하여 반응을 수행하였다. 반응시간 2시간이 지난 후, 반응혼합물을 서서히 가열하여 2 ∼ 3시간 동안 환류 하였고, 반응이 종결된 다음 냉각하고 여과하였다. 정제방법은 실시예 1과 동일한 방법으로 정제하여 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하였다.

[실시예 3]

30배법의 응용

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 알칼리셀룰로오스 50 g에 대하여 92.6% 2-프로판올 600 ml를 가하고, 실시예 2의 방법을 적용하여 반응시켰다. 정제방법은 실시예 1과 동일한 방법으로 정제하여 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하였다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 음용 후 폐기되는 우유팩으로부터 직접 알카리셀룰로오스를 제조한 후 이를 이용하여 환경친화적인 방법으로 카르복시메틸셀룰로오스를 제조할 수 있다. 또한 본 발명은 종래와 같이 알카리셀룰로오스의 제조에 필요한 시판의 펄프를 사용하지 않아도 되므로 원료펄프의 생산공정에서 정선공정, 초지공정, 건조공정이 필요하지 않아 공정상의 비용절감 및 공정단축으로 경제적이고 용이한 방법으로 카르복시메틸셀룰로오스를 생산할 수 있다.

Claims (3)

1. 깨끗이 세정후 분쇄, 세절 및 미세 세공이 부여된 폐기 우유팩을 펄퍼기에 넣고 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 알칼리셀룰로오스를 제조한 후, 클로로아세트산 나트륨염과 반응시켜 나트륨카르복시메틸셀룰로오스를 제조하고 정제하는 단계를 포함하는 카르복시메틸셀룰로오스의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 수산화나트륨 수용액은 농도가 10 ∼ 30% 인 것을 특징으로 하는 카르복시메틸셀룰로오스의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 정제는

   나트륨카르복시메틸셀룰로오스를 물에 용해하여 점조성으로 만든 후 망으로 여과하여 미분리된 폴리에틸렌을 제거하고, 얻어진 점조성의 나트륨카르복시메틸셀룰로오스 수용액을 침전법에 의하여 정제하거나, 또는

   상기 점조성의 나트륨카르복시메틸셀룰오스 수용액을 박막의 판상으로 제조하고 건조 및 분쇄하여 분말화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카르복시메틸셀룰로오스의 제조방법.